определения размеров молекул и его формула для броуновского движения

позволяли определить число молекул. Это было похоже на фокус иллюзиониста:

то, что казалось загадочным и почти чудесным, становилось предельно

простым и понятным после объяснения. Если раньше кто-либо из физиков мог

сомневаться в реальном существовании молекул и атомов, то теперь статья

Эйнштейна давала почти прямое доказательство этому. Самое убедительное

доказательство, о котором мог мечтать теоретик! В 1908 эксперименты Ж. Б.

Перрена полностью подтвердили теорию Эйнштейна, что сыграло важную роль

для окончательного становления молекулярно-кинетических представлений.

Если работы по теории броуновского движения продолжили и логически

завершили предшествовавшие работы в области молекулярной физики, то работы

по теории света, тоже базировавшиеся на сделанном ранее открытии, носили

поистине революционный характер. Да, в том же 1905 вышла и другая, очень

просто написання, работа Эйнштейна — «Об одной эвристической точке зрения

на возникновение и превращение света». За пять лет до этого М. Планк

показал, что спектральный состав излучения, испускаемого горячими телами,

находит объяснение, если принять, что процесс излучения дискретен, то есть

свет испускается не непрерывно, а дискретными порциями определенной

энергии. Эйнштейн же пошёл дальше, он выдвинул предположение, что и

поглощение света происходит теми же порциями и что вообще «однородный свет

состоит из зерен энергии (световых квантов),... несущихся в пустом

пространстве со скоростью света». Эта революционная идея позволила

Эйнштейну объяснить законы фотоэффекта - выбивание электронов из металла

световыми лучами, явление, обнаруженное в 1886 Г.Герцем и не

укладывавшееся в рамки волновой теории света, в частности, факт

существования «красной границы», то есть той минимальной частоты, ниже

которой выбивания светом электронов из вещества вообще не происходит.

Девять лет спустя предложенная Эйнштейном интерпретация была подтверждена

исследованиями американского физика Милликена, а в 1923 реальность фотонов

стала очевидной с открытием эффекта Комптона (рассеяние рентгеновских

лучей на электронах, слабо связанных с атомами). В чисто научном отношении

гипотеза световых квантов составила целую эпоху. Без нее не могли бы

появиться знаменитая модель атома Н.Бора (1913) и гениальная гипотеза

«волн материи» Луи де Бройля (начало 1920-х годов). За эту работу через

шестнадцать лет Энштейн был удостоен Нобелевской премии.

Идея квантов была применена Эйнштейном и к объяснению других явлений,

например, флуоресценции, фотоионизации, загадочных вариаций удельной

теплоемкости твердых тел, которые не могла описать классическая теория.

Наибольшую известность Эйнштейну все же принесла теория относительности,

изложенная им впервые в том же 1905 в статье «К электродинамике движущихся

тел». Эта теория соединяла в одно целое материю, пространство и время. Уже

в юности Эйнштейн пытался понять, что увидел бы наблюдатель, если бы

бросился со скоростью света вдогонку за световой волной. Теперь Эйнштейн

решительно отверг концепцию эфира, что позволило рассматривать принцип

равноправия всех инерциальных систем отсчета как универсальный, а не

только ограниченный рамками механики.

Эйнштейн выдвинул удивительный и на первый взгляд парадоксальный постулат,

что скорость света для всех наблюдателей, как бы они ни двигались,

одинакова. Этот постулат (при выполнении некоторых дополнительных условий)

приводит к полученным ранее Х. Лоренцем формулам для преобразований

координат и времени при переходе из одной инерциальной системы отсчета в

другую, движущуюся относительно первой. Но Лоренц рассматривал эти

преобразования как вспомогательные, или фиктивные, не имеющие

непосредственного отношения к реальному пространству и времени. Эйнштейн

понял реальность этих преобразований, в частности, реальность

относительности одновременности.

Таким образом, принцип относительности, установленный для механики еще

Галилеем, был распространен на электродинамику и другие области физики.

Это привело, в частности, к установлению важного универсального

соотношения между массой М, энергией Е и импульсом Р: E2= М2 c4 + P2 с2

(где с — скорость света), которое можно назвать одной из теоретических

предпосылок использования внутриядерной энергии.

Это открытие Энштейна привело к ломке многих основополагающих понятий

(абсолютность пространства и времени), установлению новых

пространственно-временных представлений (относительность длины, времени,

одновременности событий). Минковский, создавший математическую основу

теории относительности, высказал мысль, что пространство и время должны

рассматриваться как единое целое (обобщение евклидова пространства, в

котором роль четвертого измерения играет время). Разным эквивалентным

системам отсчета соответствуют разные «срезы» пространства-времени.

Исходя из специальной теории относительности, Эйнштейн в том же 1905

открыл закон взаимосвязи массы и энергии. Его математическим выражением

является знаменитая формула E = mc2. Из нее следует, что любой перенос

энергии связан с переносом массы. Эта формула трактуется также как

выражение, описывающее «превращение» массы в энергию. Именно на этом

представлении основано объяснение т.н. «дефекта массы». В механических,

тепловых и электрических процессах он слишком мал и потому остается

незамеченным. На микроуровне он проявляется в том, что сумма масс

составных частей атомного ядра может оказаться больше массы ядра в целом.

Недостаток массы превращается в энергию связи, необходимую для удержания

составных частей. Атомная энергия есть не что иное, как превратившаяся в

энергию масса. Принцип эквивалентности массы и энергии позволил упростить

законы сохранения. Оба закона, сохранения массы и сохранения энергии, до

этого существовавшие раздельно, превратились в один общий закон: для

замкнутой материальной системы сумма массы и энергии остается неизменной

при любых процессах. Закон Эйнштейна лежит в основе всей ядерной физики.

Между тем семейная жизнь у него не ладилась. Никто не может сказать, как

глубоко это повлияло на него. К тому времени, когда он переехал в Прагу,

семейный разлад все более углублялся. Вообще его пребывание в Праге было

не из самых приятных.

В 1907 Эйнштейн распространил идеи квантовой теории на физические

процессы, не связанные с излучением. Рассмотрев тепловые колебания атомов

в твердом теле и используя идеи квантовой теории, он объяснил уменьшение

теплоемкости твердых тел при понижении температуры, разработав первую

квантовую теорию теплоемкости. Эта работа помогла В.Нернсту сформулировать

третье начало термодинамики.

Итак, в 1905 Эйнштейну было 26 лет, но его имя уже приобрело широкую

известность. В 1909 приглашенный в Пражский университет на должность

профессора, Эйнштейн становится чиновником империи Габсбургов. При

назначении на должность требовалось, чтобы он объявил о своей религиозной

принадлежности. Эйнштейн давно и окончательно порвал с еврейской общиной,

но в Австрии был силен антисемитизм, и это было достаточным основанием для

него, чтобы заявить о своем происхождении.

Эйнштейн не падал духом, и по-прежнему громко звучал его смех. До нас

дошли трогательные рассказы о его игре на скрипке в одном из литературных

салонов Праги, где велись споры о Kанте, Гегеле и Фихте и исполнялась

камерная музыка. Там часто бывал не известный еще в те времена Франц

Кафка, но вряд ли они когда-нибудь говорили друг с другом. Между ними было

мало общего.

Приглашённый в Прагу на, он преподавал только три здесь семестра, затем

последовало почетное приглашение на кафедру теоретической физики Немецкого

университета в Праге, где долгие годы работал Э.Мах. Через два года он уже

профессор Немецкого университета в Праге. Пражский период отмечен новыми

научными достижениями ученого. Исходя из своего принципа относительности,

он в 1911 в статье О влиянии силы тяжести на распространение света (ber

den Einfluss der Schwerkraft auf die Ausbreitung des Lichtes) заложил

основы релятивистской теории тяготения, высказав мысль, что световые лучи,

испускаемые звездами и проходящие вблизи Солнца, должны изгибаться у его

поверхности. Таким образом, предполагалось, что свет обладает инерцией и в

поле тяготения Солнца должен испытывать сильное гравитационное

воздействие. Эйнштейн предложил проверить это теоретическое соображение с

помощью астрономических наблюдений и измерений во время ближайшего

солнечного затмения. Провести такую проверку удалось только в 1919. Это

сделала английская экспедиция под руководством астрофизика Эддингтона.

Полученные ею результаты полностью подтвердили выводы Эйнштейна.

Летом 1912 Эйнштейн возвратился в Цюрих, где в Высшей технической школе

была создана кафедра математической физики. Здесь он занялся разработкой

математического аппарата, необходимого для дальнейшего развития теории

относительности. В этом ему помогал его соученик Марсель Гросман. Плодом

их совместных усилий стал труд Проект обобщенной теории относительности и

теории тяготения (Entwurf einer verallgemeinerten Relativitatstheorie und

Theorie der Gravitation, 1913). Эта работа стала второй, после пражской,

вехой на пути к общей теории относительности и учению о гравитации,

которые были в основном закончены в Берлине в 1915.

Но уже в 1914 принял приглашение переехать на работу в Берлин в качестве

профессора Берлинского университета и одновременно директора Института

физики. Сюда Эйнштейн прибыл в апреле 1914, будучи уже членом Академии

наук (1913), и приступил к работе в созданном Гумбольдтом университете -

крупнейшем высшем учебном заведении Германии. Здесь он провел 19 лет -

читал лекции, вел семинары, регулярно участвовал в работе коллоквиума,

который во время учебного года раз в неделю проводился в Физическом

институте.

В 1915 Эйнштейн завершил создание общей теории относительности. Если

построенная в 1905 специальная теория относительности, справедливая для

всех физических явлений, за исключением тяготения, рассматривает системы,

движущиеся по отношению друг к другу прямолинейно и равномерно, то общая

имеет дело с произвольно движущимися системами. Ее уравнения справедливы

независимо от характера движения системы отсчета, а также для ускоренного

и вращательного движений. По своему содержанию, однако, она являтся в

основном учением о тяготении. Она примыкает к гауссовой теории кривизны

поверхностей и имеет целью геометризацию гравитационного поля и

действующих в нем сил. Эйнштейн утверждал, что пространство отнюдь не

однородно и что его геометрическая структура зависит от распределения

масс, от вещества и поля. Сущность тяготения объяснялась изменением

геометрических свойств, искривлением четырехмерного пространства-времени

вокруг тел, которые образуют поле. По аналогии с искривленными

поверхностями в неевклидовой геометрии используется представление об

«искривленном пространстве». Здесь нет прямых линий, как в «плоском»

пространстве Евклида; есть лишь «наиболее прямые» линии - геодезические,

представляющие собой кратчайшее расстояние между точками. Кривизной

пространства определяется геометрическая форма траекторий тел, движущихся

в поле тяготения. Орбиты планет определяются искривлением пространства,

задаваемым массой Солнца, и характеризуют это искривление. Закон тяготения

становится частным случаем закона инерции.

Для проверки общей теории относительности, которая основывалась на очень

небольшом числе эмпирических фактов и представляла собой продукт чисто

умозрительных рассуждений, Эйнштейн указал на три возможных эффекта.

Первый состоит в дополнительном вращении или смещении перигелия Меркурия.

Речь идет о давно известном явлении, в свое время открытом французским

астрономом Леверье. Оно заключается в том, что ближайшая к Солнцу точка

эллиптической орбиты Меркурия смещается за 1 тысячу лет на 43 дуговые

секунды. Эта цифра превышает значение, следующее из ньютоновского закона

тяготения. Теория Эйнштейна объясняет его как прямое следствие изменения

структуры пространства, вызванное Солнцем. Второй эффект состоит в

искривлении световых лучей в поле тяготения Солнца. Третий эффект -

релятивистское «красное смещение». Оно заключается в том, что спектральные

линии света, испускаемого очень плотными звездами, смещены в «красную»

сторону, т.е. в сторону больших длин волн, по сравнению с их положением в

спектрах тех же молекул, находящихся в земных условиях. Смещение

объясняется тем, что сильное гравитационное воздействие уменьшает частоту

колебаний световых лучей. Красное смещение было проверено на спутнике

Сириуса - звезды с очень большой плотностью, а затем и на других звездах -

белых карликах. Впоследствии оно было обнаружено и в поле земного

тяготения при измерениях частоты g -квантов с помощью эффекта Мёссбауэра.

Германское подданство Эйнштейна было восстановлено.

В атмосфере милитаристского угара ему удалось обрести покой и в личной

жизни, и в творчестве. Во всяком случае, он был счастлив, переехав в

Берлин, где он встретился со своим дядей и его дочерью Эльзой, которая

недавно развелась после неудачного замужества. Быть может, он полюбил ее,

но нам трудно судить об этом. Мы знаем лишь, что после развода с Милевой

Марич он женился на Эльзе. Нетребовательная, жизнерадостная, умеющая

распознавать людей, она всю жизнь ограждала его от житейских

неприятностей. В отличие от первой жены, которая изучала математику, Эльза

ничего не понимала в работах Эйнштейна. Это был один из тех браков, какие

нередко бывают у великих ученых: он давал Эйнштейну свободу и оставлял

наедине с самим собой. До встречи с Эльзой у него был период спада в

научной работе. Почти сразу после женитьбы он стал работать с особой

энергией и достиг небывалого творческого подъема.

В результате совместных усилий Эйнштейна и его бывшего студенческого

товарища М. Гроссмана в 1912 появилась статья «Набросок обобщенной теории

относительности», а окончательная формулировка теории датируется 1915.

Опубликована она была в 1916 году, и, как только с ней познакомились в

Англии (куда она дошла, преодолев рогатки, воздвигнутые войной), наши

ученые пришли к заключению, что она почти безоговорочно верна. \"Это

величайшее открытие в науке со времен Ньютона\", - заявили они. Да, эта

теория, по мнению многих ученых, явилась самым значительным и самым

красивым теоретическим построением за всю историю физики. Опираясь на всем

известный факт, что «тяжелая» и «инертная» массы равны, удалось найти

принципиально новый подход к решению проблемы, поставленной еще И.

Ньютоном: каков механизм передачи гравитационного взаимодействия между

телами и что является переносчиком этого взаимодействия.

Ответ, предложенный Эйнштейном, был ошеломляюще неожиданным: в роли такого

посредника выступала сама «геометрия» пространства — времени. Любое

Страницы: 1, 2, 3